KR100472568B1 - 다단진공 하수수집 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주택이나 공장에서 배출되는 하수, 오수 또는 폐수 등의 액상 물질을 진공라인을 이용하여 소정 거리 이격된 수집용기나 하폐수처리장까지 이송하기 위한 다단진공 하수수집 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하수 발생원 근처에 소정 깊이로 설치된 하수피트와, 상기 하수피트로부터 소정 높이 이상의 수두차로 이격되게 설치된 진공펌프장과, 상기 하수피트의 흡입파이프와 진공펌프장의 진공탱크 사이를 연결시키는 진공라인상에 설치된 하나 이상의 중간진공피트를 포함하여 구성되어 상기 진공라인을 통해 하수피트로부터 흡입된 하수는 중간진공피트로 유입되고, 상기 중간진공피트로 유입된 하수는 에어라인의 개방에 따라 다시 진공라인을 통해 진공펌프장의 집수탱크로 흡입되는 것을 특징으로 한다.

Description

다단진공 하수수집 시스템{Multi-stage Vacuum Sewer Collection System}

본 발명은 주택이나 공장에서 배출되는 하수, 오수 또는 폐수 등의 액상 물질을 진공라인을 이용하여 소정 거리 이격된 수집용기나 하폐수처리장까지 이송하기 위한 진공 하수 수집시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하수 발생원 근처에 소정 깊이로 설치된 하수피트와, 상기 하수피트로부터 소정 높이 이상의 수두차로 이격되게 설치된 진공펌프장과, 상기 하수피트의 흡입파이프와 진공펌프장의 진공탱크 사이에 연결되어 있는 진공라인상에 설치된 하나 이상의 중간진공피트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다단진공 하수수집 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 진공 하수 수집시스템(Vacuum collection system)은 주택이나 건물 또는 공장과 같은 하수(오수, 폐수) 발생원에서 배출되는 하수를 진공라인을 통해 소정 거리 이격되게 설치된 수집용기나 하폐수처리장으로 이송하는 시스템으로서, 특히 진공펌프장에 설치된 진공펌프와 집수탱크의 진공력을 이용하여 하수피트로부터 흡입하여 집수하고, 집수된 하수는 소정의 압송펌프에 의해 수집용기나 하폐수처리장으로 이송하는 시스템이다.

도1은 종래 기술에 따른 진공 하수 수집시스템의 구조를 보여주는 개략적인 구성도로서, 도시된 바와 같이, 종래의 진공 하수 수집시스템(1)은 크게 하수 발생원(3) 근처에 소정 깊이로 설치된 하수피트(5)와, 상기 발생원(3)에서 발생되는 하수를 배수하는 유입라인(2)과, 상기 하수피트(5)에 수집된 하수를 진공력으로 흡입하는 진공펌프장(7)과, 상기 하수피트(5)와 진공펌프장(7) 사이에 연결되어 하수를 이송하는 진공라인(9)으로 구성되어 있다.

상기 하수피트(5)의 내부에는 진공라인(9)과 연결되는 흡입파이프(11)가 설치되어 있고, 상기 흡입파이프(11)와 진공라인(9) 사이에는 하수피트(5)의 하수 수위에 따라 진공라인(9)을 개폐시키는 진공밸브(13)가 설치되어 있다. 그리고 상기 진공밸브(15)에는 하수피트(5) 내부의 하수 수위에 반응하여 상기 진공밸브(13)를 제어하는 진공밸브제어기(17)가 설치되어 있다.

그리고 상기 진공펌프장(7)에는 상기 진공라인(9)을 통해 흡입된 하수를 저장하는 소정 크기의 집수탱크(21)가 설치되어 있고, 상기 집수탱크(21)의 일측에는 상기 집수탱크(21)를 진공 상태로 유지시키는 진공펌프(23)가 설치되어 있다. 그리고 상기 집수탱크(21)의 타측에는 집수탱크(21)로 유입된 하수를 하수처리장으로 압출시키기 위한 압송펌프(25)와 압송라인(26)이 설치되어 있다.

따라서 상기 진공펌프(23)를 작동시켜 집수탱크(21) 및 진공라인(9)을 진공 으로 유지하는 상태에서, 하수피트(5)의 수위가 소정 높이에 도달하면, 진공밸브제어기(17)가 진공밸브(13)를 개방시켜 하수피트(5)내의 하수가 진공라인(9)을 따라 진공펌프장(7)의 집수탱크(21)로 흡입되게 된다. 반대로 하수피트(5)내의 수위가 소정 높이 이하로 떨어지면 상기 진공밸브제어기(17)가 이를 감지하여 진공밸브(13)를 폐쇄시킴으로써 하수의 이송이 정지된다. 이와 같이 종래의 진공 하수 수집시스템(1)은 하수피트(5)에 설치된 진공밸브(13)의 개폐에 따라 하수피트(5)의 하수가 집수탱크(21)로 직접 집수되도록 되어 있다.

한편, 도2는 종래의 상기 진공밸브(13)의 구조를 보여주는 것으로서, 도시된 바와 같이, 상기 진공밸브(13)는 흡입파이프(11)가 연결되는 입구(131)와, 진공라인(9)이 연결되는 출구(133)가 일체로 형성된 Y자형 도관(135)으로서, 상기 도관(135)의 밸브 하우징(137) 내에는 하수의 흐름을 조절하는 밸브체(139)와, 상기 밸브체(139)를 작동시킬 수 있도록 밸브 하우징(137)의 상부에 설치된 작동챔버(140)로 구성되어 있다. 이때 상기 작동챔버(140)는 소정의 격막(141)에 의해 하부 하우징(143)과 상부 하우징(145)으로 구분되는데, 하부 하우징(143)은 항상 대기압 상태가 유지되도록 외기와 연통되어 있고, 상부 하우징(145)은 대기압 및 진공상태가 선택적으로 유지되도록 연결관(147)을 통해서 상기 진공밸브제어기(17)와 연결되어 있다.

이때 상부 하우징(145) 내부에는 소정의 피스톤 컵(151)이 상기 밸브체(139)의 샤프트(138)와 격막(141)에 결합되어 있고, 상기 피스톤 컵(151)의 내부와 상부 하우징(145)의 꼭대기 사이에는 상부 하우징(145)이 대기압 상태일 때 상기 밸브체(139)를 하부로 가압하기 위한 스프링(153)이 설치되어 있다.

따라서 상부 하우징(145)이 대기압 상태인 경우에는 상부 하우징(145)와 하부 하우징(143)의 압력이 동일하지만 상기 스프링(153)이 밸브체(139)를 하부로 가압하기 때문에 진공밸브(13)는 닫힌 상태가 된다. 반면에 상부 하우징(145)이 대기압 이하, 즉 진공 상태인 경우에는 상부 하우징(145)과 하부 하우징(143)의 압력차에 의해서 상기 피스톤 컵(151)이 상부로 이동하게 됨으로써 상기 밸브체(139)가 상부로 이동하여 진공밸브(13)가 열린 상태가 된다.

이어서 상기 진공밸브제어기(17)는 도2에서 보는 바와 같이, 하수피트(5)의 하수 수위에 반응하여 상부 하우징(145)에 대기압 또는 진공을 전달함으로써 진공밸브(13)를 여닫는 기능을 하는 것으로서, 원통형상의 케이싱(171)으로 이루어지고, 상기 케이싱(171)의 내부는 센서챔버(172), 제1챔버(173), 제2챔버(174), 제3챔버(175), 제4챔버(176) 및 제5챔버(177)로 나누어져 있다.

상기 센서챔버(172)는 센서관(183)를 통해 하수피트(5)내에 배치된 압력센서파이프(14)에 연결된다. 상기 제5챔버(177)는 연결관(147)를 통해 진공밸브(13)내의 상부 하우징(145)에 연결됨과 아울러 통기관(185)을 통해 대기와 연통되어 있다. 상기 제4챔버(176)는 진공관(197), 체크밸브(198) 및 진공공급기(199)를 통해 상기 진공라인(9)에 연결되어 있다. 상기 제1챔버(173)는 체크밸브(184)와 공기연통로(186)를 통해 통기관(185)과 연결되어 있다. 제2 및 제3챔버(174 및 175)는 니들밸브(187)와 진공연통로(188)을 통해 서로 연결되어 있다. 그리고 상기 진공연통로(188)의 말단부에는 체크밸브(189)를 통해 제4챔버(176)에 연결되어 있다.

따라서 하수피트(5) 내의 하수의 수위가 낮아지면, 압력센서파이프(14)의 저단부가 하수의 표면상에 놓여지므로 센서챔버(172) 및 제1챔버(173)는 대기압하에 놓여지고, 센서격막(191)은 중립위치에 놓여진다. 따라서 센서레버(192)는 스프링(193)의 힘에 의해 공기구멍(194)을 차단한다. 이에 의해 공기구멍(194)을 통한 공기의 흐름이 존재하지 않게 된다. 한편 상기 제4챔버(176) 내의 진공은 니들밸브(187)과 진공연통로(188)를 통해 제2챔버(174) 및 제3챔버(175)에 연결된다. 이 때문에 제2챔버(174) 및 제3챔버(175)는 동일한 진공하에 놓여진다. 그리고 3방향밸브(161)는 스프링(169)의 탄성에 의해 좌측에 위치된다. 따라서 제5챔버(177)는 통기관(185)을 통해 대기와 연통되므로 진공밸브(13)의 상부 하우징(145)는 대기압하에 놓여진다. 따라서 진공밸브(13)는 도시된 바와 같이 폐쇄된 상태가 된다.

반대로 하수의 유입으로 하수피트(5)내의 하수의 수위가 상승하면, 압력센서파이프(14)에 의해 검출된 압력이 증가하게 된다. 그 결과 센서격막(191)이 우측으로 이동하여 센서레버(192)를 가압하게 된다. 그리고 그 압력이 설정된 값을 초과할 때, 스프링(193)의 힘과 제2챔버(174)내의 진공의 힘을 이겨내고 센서레버(192)가 공기구멍(194)으로부터 분리되게 된다. 따라서 제2챔버(174)는 공기구멍(194)을 통해 제1챔버(173)내의 공기가 흘러 대기압하에 놓이게 되므로 진공상태인 제3챔버(175)와의 사이에 차압이 생기게 된다.

이어, 제2챔버(174)내의 압력이 스프링(169)의 힘보다 강하게 될 때, 3방향밸브(161)가 우측으로 이동하여 통기관(185)과 연통하는 공기밸브구멍을 차단시키는 동시에 제4챔버(176)과 연통하는 진공밸브구멍을 개방시켜 진공라인(9)내의 압력이 제4챔버(176) 및 제5챔버(177)를 통해 진공밸브(13)내의 상부 하우징(145)과 연결되게 한다. 이에 의해 상부 하우징(145)내의 진공은 스프링(153)의 힘을 이겨내고 그 밸브체(139)를 상승시킴으로써, 진공밸브(13)가 개방된다.

이어서 진공밸브(13)가 완전히 개방되면, 하수피트(5)내의 하수는 진공라인(9)을 통해 집수탱크(1)로 유출되므로 하수의 수위가 점차 떨어지게 된다. 그러면 압력센서파이프(14)에 의해 검출된 압력이 떨어지고, 그 결과 센서격막(191)은 다시 좌측으로 이동하고 센서레버(192)는 공기구멍(194)를 차단하여 이전상태로 복귀된다. 따라서 제2챔버(174) 및 제3챔버(175)는 니들밸브(187)를 통해 동일 진공으로 접근한다. 결과적으로 제3챔버(175)내의 스프링(169)의 힘은 제2챔버(174)의 압력을 이겨내고 3방향밸브(161)를 좌측으로 이동시켜 이전상태로 복귀된다. 이에 의해 외부공기가 통기관(185)을 통해 제5챔버(177)내로 흐르고 연결관(147)을 통해 진공밸브(13)의 상부 하우징(145)으로 흘러서 진공밸브(13)를 차단시킨다.

상기한 바와 같이, 종래의 진공 하수 수집시스템(1)은 하수피트(5)의 하수가 진공펌프장(7)의 집수탱크(21)로 직접 흡입되는 구조을 갖는다. 그리고 진공펌프장(7)의 집수탱크(21)는 진공펌프(23)에 의해 16"∼20"Hg(inch Hg)의 진공압을 유지하는데, 이는 압송펌프(25)의 흡입조건이 진공펌프(23)의 진공조건 이상의 흡입수두를 낼 수 없기 때문이다. 즉, 20"Hg 이상의 진공조건으로 운전될 경우 NPSHav가 낮아져 흡인조건이 열악해지기 때문이다. 예를 들어, 집수탱크(21)의 진공압을 20"Hg이상으로 유지할 경우 압송펌프(25)를 통한 압송이 불가능하게 된다. 이는 장기적으로 하수펌프에 소음, 캐비테이션 등의 문제를 유발할 수 있으며 압송펌프의 필요유량을 얻는데에도 문제를 유발한다. 따라서 종래의 진공 하수 수집시스템(1)의 최적 운전 진공압은 16"과 20"Hg 사이에 있었다.

그런데 종래와 같이 16"과 20"Hg 사이의 진공압을 사용할 경우, 진공밸브 동작에 따른 손실 리프트(1.5mH)와 집수탱크까지 수집되는 동안의 마찰 손실(0.9mH)을 감안할 때 정적 리프트 높이가 3.1mH에 불과하다. 따라서 하수피트(5)와 집수탱크(21) 사이의 수두차가 3.1m를 넘을 경우 하수를 이송할 수 없게 된다. 따라서 3.1m이상의 언덕과 구릉이 많이 있는 우리나라 지형에서는 종래의 진공 하수 수집시스템(1)을 그대로 적용할 수 없는 문제점이 있었다.

이에 따라 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 일정 높이 이상의 수두차(정적 리프트고:예를 들어 3.1m)가 형성된 언덕과 구릉에 적용할 수 있는 다단진공 하수수집 시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 대기압 상태의 하수피트와 집수탱크 사이에 하나 이상의 중간진공피트를 설치하여 하수피트의 하수가 중간진공피트를 거쳐 다단으로 흡입될 수 있도록 하는 다단진공 하수수집 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 다단진공 하수수집 시스템에 적용할 수 있는 바람직한 형태의 중간진공피트를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다단진공 하수수집 시스템은, 하수 발생원 근처에 소정 깊이로 설치된 하수피트와; 상기 하수피트로부터 소정 높이 이상의 수두차로 이격되게 설치된 진공펌프장과; 상기 하수피트의 흡입파이프와 진공펌프장의 진공탱크를 연결시키는 진공라인상에 설치되는 하나 이상의 중간진공피트를 포함하여 구성됨으로써, 상기 하수피트에서 흡입된 하수는 중간진공피트로 유입되고, 상기 중간진공피트로 유입된 하수는 에어라인이 개방될 때 진공라인을 따라 진공펌프장의 집수탱크로 흡입되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 중간진공피트는, 하수피트와 진공펌프장 사이에 설치된 진공라인과 연통되는 소정 크기의 진공용기와; 상기 하수피트로부터 흡입된 하수를 진공용기 내부로 유입시킬 수 있도록 설치된 유입파이프와; 상기 유입파이프 말단에 설치되어 공기유입 시 유입파이프를 폐쇄시키는 체크밸브와; 상기 진공용기 내부의 하수를 진공펌프장쪽으로 유출시킬 수 있도록 설치된 배출파이프와; 외기와 연통된 에어라인과 연결되어 진공용기의 내부로 외부공기를 유입시킬 수 있도록 설치된 공기유입파이프와; 상기 진공용기 내부의 수위를 측정할 수 있도록 설치된 수위측정장치와; 상기 공기유입파이프와 에어라인 사이에 설치되어 진공용기 내부로 외부공기가 유입되는 것을 단속하는 에어진공밸브와; 상기 수위측정장치에 의해 측정된 진공용기 내부의 수위에 반응하여 상기 에어진공밸브를 제어하는 에어진공밸브제어기를 포함하여 구성된다.

이어 상기 에어진공밸브제어기는, 소정의 진공관을 통해 상기 공기유입파이프와 연결되어 항상 대기압 이하의 압력을 유지하는 진공챔버와; 소정의 관통공을 통해 외부의 공기가 자유롭게 유입되어 항상 대기압 상태를 유지하는 대기챔버와; 소정의 연결관을 통해 에어진공밸브와 연결되고 소정의 진공밸브홀이 형성된 격벽을 통해 이웃하는 상기 진공챔버와 구분되며 소정의 대기밸브홀이 형성된 격벽을 통해 이웃하는 대기챔버와 구분되고 상기 진공밸브홀과 대기밸브홀을 개폐시키는 3방향밸브에 의해 대기압 상태와 진공상태가 선택적으로 전환되는 전환챔버와; 소정의 로드를 통해 수위측정장치와 연결되어 하수의 수위에 따라 작동되는 센서챔버와; 소정의 센서격막을 통해 이웃하는 센서챔버와 구분되고 소정의 진공통로를 통해 상기 진공챔버와 연통되어 항상 진공이 연결되어 있는 진공연결챔버와; 소정의 진공밸브구멍이 형성된 제1격벽을 통해 상기 진공연결챔버와 구분되고 소정의 대기압통로와 니들밸브를 통해 상기 대기챔버와 연결되어 항상 대기압이 연결되며 상기 진공밸브구멍을 개폐시키는 센서밸브에 의해 진공 상태로 전환되는 대기연결챔버와; 일측은 소정의 관통구멍이 형성된 제2격벽을 통해 대기연결챔버와 구분되고 타측은 소정의 구동격막에 의해 상기 대기챔버와 구분되어 상기 대기챔버와의 차압에 의해서 상기 3방향밸브를 이동시키는 차압챔버를 포함하여 구성된다.

이때 상기 센서밸브는 상기 센서챔버와 진공연결챔버 사이에 설치된 센서격막에 고정되어 있는 샤프트와, 상기 진공연결챔버와 대기연결챔버 사이에 설치된 격벽에 형성된 진공밸브구멍을 개폐시킬 수 있도록 상기 대기연결챔버 내에 위치되는 밸브체와, 상기 센서격막과 제1격벽 사이에 설치되어 상기 밸브체가 진공밸브구멍을 밀폐시키는 방향으로 가압하는 스프링으로 구성된다.

상기 3방향밸브는 상기 대기연결챔버와 차압챔버 사이에 설치된 제2격벽에 고정된 고정샤프트와, 상기 전환챔버에 형성된 공기밸브홀과 진공밸브홀을 선택적으로 개폐시킬 수 있도록 전환챔버 내에 설치된 3방향밸브체와, 상기 차압챔버와 대기챔버 사이의 구동격막에 고정되어 상기 3방향밸브체를 이동시키는 가동샤프트와, 격벽과 구동격막 사이에 설치되어 상기 3방향밸브체가 진공밸브홀을 밀폐시키는 방향으로 가압하는 구동스프링으로 구성되어 있다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 다단진공 하수수집 시스템의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

먼저 도3은 본 발명에 따른 다단진공 하수수집 시스템을 개략적으로 보여주는 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 다단진공 하수수집 시스템(10)은 하수피트(5)와 진공펌프장(7) 사이의 진공라인(9)에 하나 이상의 중간진공피트(30)를 설치하여 하수피트(5)의 하수를 다수의 중간진공피트(30)를 통해 다단으로 흡입할 수 있도록 구성된 것이다.

즉, 도3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 다단진공 하수수집 시스템(10)은 주택이나 공장 등에서 발생되는 하수를 수집할 수 있도록 하수 발생원(3) 근처에 소정 깊이로 설치된 대기압 상태의 하수피트(5)와, 상기 하수피트(5)로부터 소정 거리 이격되어 있을 뿐만 아니라 소정 이상의 수두차(예를 들어 3.1m)가 형성되는 높이에 설치되며 소정의 진공펌프(23)에 의해서 진공을 유지하는 집수탱크(21)가 구비된 진공펌프장(7)과, 상기 하수피트(5)와 진공펌프장(7) 사이에 연결된 소정 길이의 진공라인(9)과, 상기 진공라인(9)상에 연통되게 설치된 하나 이상의 중간진공피트(30)로 구성되어 있다. 여기서 편의상 상기 하수피트(5)와 중간진공피트(30) 사이에 연결된 진공라인(9)과 중간진공피트(30)와 진공펌프장(7) 사이에 연결된 진공란인(9')을 구분하여 기술하기로 한다.

상기 중간진공피트(30)는 하수피트(5)로부터 하수를 흡입하고 진공용기(31) 내부의 하수를 진공펌프장(7)으로 배출함으로써 하수피트(30)의 하수를 다단으로 이송하는 역할을 한다. 그리고 상기 진공라인(9)(9')에 두 개 이상의 중간진공피트(30)를 설치할 경우 중간진공피트(30) 사이의 간격은 일정 수두차(예를 들어 3.1m) 이하를 유지하는 것이 바람직하다. 따라서 상기 하수피트(5)로부터 흡입된 하수는 두 개 이상의 중간진공피트(30)를 거쳐서 진공펌프장(7)의 집수탱크(91)로 이송되게 된다.

이어, 도4는 본 발명의 다단진공 하수수집 시스템(10)에 적용되는 중간진공피트(30)의 구조를 보여주는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중간진공피트(30)는 진공라인(9)(9')에 각각 연결되는 유입파이프(33)와 배출파이프(34)가 수직하게 설치되고 소정 크기의 밀폐된 공간을 갖는 진공용기(31)와, 외기와 연통될 수 있도록 설치된 소정 길이의 에어라인(32)과, 상기 진공용기(31) 내의 수위에 따라 에러라인(32)를 통해서 진공용기(31) 내로 유입되는 외부공기를 단속할 수 있도록 설치된 공기제어수단(35)을 포함하여 구성되어 있다.

먼저, 상기 진공용기(31)는 소정 깊이의 맨홀(301) 하부에 설치된 소정 크기의 금속 또는 플라스틱재 밀폐용기로서, 상기 하수피트(5)와 연결된 진공라인(9)이 설치되는 하수유입부(331)와, 상기 진공펌프장(7)의 집수탱크(21)와 연결된 진공라인(9')이 설치되는 하수배출부(333)와, 에어라인(32)과 연결된 공기유입파이프(37)가 설치되는 공기유입부(335)와, 수위측정장치(39)가 설치되는 설치부(336)가 형성되어 있다.

그리고 상기 하수유입부(331)에는 공기의 역류를 방지하는 소정의 체크밸브(341)를 통해서 진공라인(9)과 연통되는 유입파이프(33)가 수직하게 설치되고, 상기 하수배출부(333)에는 진공용기(31) 내부의 하수를 진공라인(9')을 통해 유출시키는 배출파이프(34)가 설치되며, 상기 공기유입부(335)에는 외부의 공기를 유입시키도록 에어라인(32)과 연통되는 공기유입파이프(37)가 설치되어 있다. 또한 상기 설치부(336)에는 하수의 수위를 측정하기 위한 소정의 수위측정장치(39)가 설치된다.

상기 진공용기(31)는 배출파이프(34)와 연통된 집수탱크(21) 및 진공펌프(23)에 의해서 진공 상태를 유지한다. 따라서 상기 하수피트(5)의 진공밸브(13)가 개방되는 경우, 하수피트(5) 내부의 하수는 상기 유입파이프(33)를 통해 진공용기(31) 내부로 진공 흡입되게 된다. 이에 따라 진공용기(31) 내부의 수위가 상승하게 되면, 상기 수위측정장치(39)을 포함하는 공기제어수단(35)이 상기 에어라인(32)을 통해서 외부공기를 유입시킴으로써 진공용기(31)를 대기압 상태에 근접하게 한다. 그러면 유입파이프(33)로부터의 하수 유입은 정지되는 대신에 상기 배출파이프(34)를 통해서 진공용기(31) 내부의 하수가 배출되게 된다. 이때 상기 유입파이프(33)에 설치된 체크밸브(341)는 진공용기(31) 내의 공기가 진공라인(9')으로 빠져나가는 것을 방지한다. 한편, 상기 배출파이프(34)에 설치된 소정의 공기관(343)은 진공용기(31) 내의 하수를 배출시킬때 하수와 공기를 효율적으로 섞어주어 기액혼상류(氣液混相流) 형태를 만들어 준다. 또한 상기 배출파이프와 유입파이프 사이의 진공압을 균일하게 유지시키기 위하여 도시되지 않는 소정 직경의 균압관(均壓管)을 연결하여 진공관로 내의 효율을 높이는 것이 바람직하다.

한편, 상기 공기제어수단(35)는 진공용기(31) 내부의 하수 수위에 대응하여 에어라인(32)을 개폐시켜 외부공기의 유입를 단속하는 것으로서, 상기 에어라인(32)상에 설치되어 에어라인(32)을 개폐시키는 에어진공밸브(40)와, 상기 진공용기(31)에 설치된 수위측정센서(39)와 연동하여 상기 에어진공밸브(40)를 제어하는 에어진공밸브제어기(60)로 구성되어 있다.

도5에서 보는 바와 같이, 상기 에어진공밸브(40)는 종래의 진공밸브(13)와 동일한 구조를 갖는 것으로서, 에어라인(32)이 연결되는 입구부(41)와, 공기유입파이프(37)가 연결되는 출구부(42)가 일체로 형성된 Y자형 도관(43)으로 이루어져 있다. 그리고 상기 도관(43)의 밸브 하우징(45) 내에는 공기의 흐름을 조절하는 밸브체(46)와, 상기 밸브체(46)를 작동시킬 수 있도록 상기 밸브 하우징(45)의 상부에 설치된 작동챔버(47)로 구성되어 있다. 이때 상기 작동챔버(47)는 소정의 격막(48)에 의해서 하부 하우징(51)과 상부 하우징(53)으로 구분되는데, 하부 하우징(51)은 항상 대기압 상태로 유지되도록 외기와 연통되고, 상부 하우징(53)은 대기압 및 진공 상태가 선택적으로 유지되도록 연결관(631)을 통해서 상기 에어진공밸브제어기(60)와 연통되어 있다. 이때 상부 하우징(53) 내부에는 소정의 피스톤 컵(54)이 상기 밸브체(46)의 샤프트(44)와 격막(48)에 결합되어 있고, 상기 피스톤 컵(54)의 내부와 상부 하우징(53)의 꼭대기 사이에는 상부 하우징(53)이 대기압 상태일 때 밸브체(46)를 하부로 가압하기 위한 스프링(55)이 설치되어 있다. 한편 미설명부호 38은 진공관(621)을 통해서 상기 에어진공밸브제어기(60)와 연결되는 진공공급기이다. 따라서 상부 하우징(53)이 대기압을 유지하면 스프링(55)의 가압력에 의해 밸브체(46)가 하강되어 에어진공밸브(44)가 닫힌 상태가 되고, 상부 하우징(53)이 진공으로 전환되면 진공에 의해 피스톤 컵(54)과 밸브체(46)가 상승되어 에어진공밸브(40)가 열린 상태가 된다.

이어, 상기 에어진공밸브제어기(60)는 도6에서 보는 바와 같이, 원통형상의 케이싱(61)으로 이루어지고, 상기 케이싱(61)의 내부는 위로부터 진공챔버(62), 전환챔버(63), 대기챔버(64), 차압챔버(65), 대기연결챔버(66), 진공연결챔버(67), 센서챔버(68) 등 7개의 챔버로 구분되어 있다.

상기 센서챔버(68)는 진공용기(31)에 설치된 수위측정장치(39)와 연결되어 있다. 이때 상기 센서챔버(68)는 수위측정장치(39)의 종류에 따라 기계적 또는 유체역학적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 수위측정장치(39)가 하수의 수위에 따라 승강되는 부구(339)인 경우 소정의 로드(681)를 통해 기계적으로 연결된다. 이에 따라 다른 종류의 수위측정장치를 사용할 경우 다른 연결구조를 갖게 될 것이므로 본 발명은 도시된 연결구조로 한정되지 않는다.

그리고 상기 진공챔버(62)는 진공관(621)를 통해서 공기유입파이프(37)와 연통되어 있다. 이때 공기유입파이프(37)는 진공용기(31)와 연통되어 있으므로 진공 상태를 유지한다. 또한 상기 에어진공밸브(40)가 개방되는 경우에도 상기 진공용기(31)로 유입되는 외부공기가 배출파이프(34)에 설치된 공기관(343)을 통해 계속하여 배출되기 때문에 항상 대기압 이하의 압력을 유지한다. 그리고 상기 진공챔버(62)는 진공통로(623)를 통해 진공연결챔버(67)와 연통되어 있다. 이에 따라 상기 진공연결챔버(67)는 항상 진공상태를 유지한다.

상기 대기챔버(64)는 소정의 관통공(641)를 통해 외기와 연통되어 항상 대기압하에 놓여진다. 그리고 대기챔버(64)는 소정의 대기통로(643)와 니들밸브(645)를 통해 상기 대기연결챔버(66)와 연통되어 있다. 이에 따라 대기연결챔버(66)는 상기 진공연결챔버(67)와 연결되지 않는 한 대기압 상태를 유지한다.

상기 전환챔버(63)는 소정의 연결관(631)를 통해 에어진공밸브(40)의 상부 하우징(53)과 연결되어 대기압이나 진공을 연결시킨다. 또한 상기 전환챔버(63)는 진공밸브홀(627)이 형성된 진공격막(628)을 통해 이웃하는 진공챔버(62)와 구분되고, 공기밸브홀(647)이 형성된 대기격막(648)을 통해 이웃하는 대기챔버(64)와 구분되어 있다. 상기 진공밸브홀(627)과 공기밸브홀(647)은 전환챔버(63)에 설치되어 있는 3웨이밸브체(71)의 이동에 따라 선택적으로 개폐되게 된다. 따라서 상기 공기밸브홀(647)이 개방되면 상기 대기챔버(64)로부터 대기압이 연결되어 상기 에어진공밸브(40)가 닫히게 되고, 반대로 상기 진공밸브홀(627)이 개방되면 상기 진공챔버(62)로부터 진공이 연결되어 상기 에어진공밸브(40)가 열리게 된다.

이어서 상기 진공연결챔버(67)는 소정의 센서격막(683)을 통해 상기 센서챔버(68)와 구분되어 있다. 그리고 센서격막(683)에는 진공연결챔버(67)와 대기연결챔버(66) 사이에 설치된 제1격벽(673)에 형성된 진공밸브구멍(685)을 개폐시키기 위한 센서밸브(80)가 설치되어 있다. 상기 센서밸브(80)는 센서격막(683)에 고정되어 있는 샤프트(82)와, 진공밸브구멍(685)을 개폐시키는 밸브체(84)와, 상기 센서격막(683)과 밸브체(84)사이에 설치되어 상기 진공밸브구멍(685)을 폐쇄시키는 방향으로 항상 가압하는 스프링(86)으로 이루어져 있다.

상기 대기연결챔버(66)는 공기구멍(665)이 형성된 상기 제2격벽(663)을 통해서 차압챔버(65)과 연통되어 있다. 또한 상기 차압챔버(65)는 소정의 구동격막(653)을 통해 대기챔버(64)와 구분되어 있다. 따라서 상기 제1격벽(673)에 형성된 진공밸브구멍(685)이 닫혀 있는 상태에서는 상기 대기연결챔버(66)과 차압챔버(65)는 모두 대기압하에 놓여지게 된다.

한편, 상기 차압챔버(65), 대기챔버(64) 및 전환챔버(63)에는 소정의 3방향밸브(70)가 가로질러 설치되어 있다. 상기 3방향밸브(70)는 상기 제2격벽(663)에 고정되어 있는 고정샤프트(74)와, 상기 전환챔버(63)에 형성되어 있는 공기밸브홀(647)과 진공밸브홀(627)을 선택적으로 개폐시키는 3방향밸브체(71)과, 상기 구동격막(653)에 고정되어 3방향밸브체(71)와 함께 이동하는 가동샤프트(76)와, 상기 제2격벽막(663)과 구동격막(653) 사이에 설치되어 진공밸브홀(627)을 폐쇄시키는 방향으로 항상 가압하는 스프링(78)으로 구성되어 있다. 이때 상기 고정샤프트(74)는 소정의 중공관으로 상기 가동샤프트(76)를 안내하는 역할을 한다.

이하 본 발명에 따른 다단진공 하수수집 시스템(10)의 작용을 상세히 설명한다. 먼저 도3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 다단진공 하수수집 시스템(10)은 하수피트(5)와 진공펌프장(7) 사이의 진공라인(9)(9')에 하나의 중간진공피트(30)가 설치되어 있다.

따라서 주택이나 공장 등의 하수 발생원(3)에서 발생되는 하수는 먼저 하수피트(5)로 수집된다. 이때 하수피트(5)는 대기압 상태를 유지하고, 상기 진공라인(9)는 진공펌프장(7)에 설치된 집수탱크(21) 및 진공펌프(23)에 의해서 진공상태를 유지한다. 이어서 상기 하수피트(5) 내부의 수위가 일정 높이에 도달하면, 진공밸브제어기(17)의 작용으로 진공밸브(13)가 개방된다. 그러면 하수피트(5) 내의 하수는 진공라인(9)을 통해서 소정 높이에 설치된 중간진공피트(30)의 진공용기(31) 내부로 흡입되게 된다. 이때 진공용기(31)는 집수탱크(21)와 연통된 진공라인(9')에 의해서 진공상태를 유지한다.

이어서 상기 진공용기(31)로 유입된 하수의 수위가 일정 높이에 도달하면, 상기 에어진공밸브제어기(60)의 작용으로 에어진공밸브(40)가 개방된다. 그러면 상기 에어라인(32)과 공기유입파이프(37)를 통해서 외부 공기가 진공용기(31)로 유입된다. 그 결과 진공용기(31)내의 압력이 높아져 대기압 상태에 근접하게 된다. 이에 따라 하수피트(5)로부터 더이상 하수를 진공 흡입하지 못하게 된다. 반면에 진공용기(31) 의 하수는 진공라인(9')과 연통된 배출파이프(34)를 통해서 진공펌프장(7)으로 진공 흡입되게 된다.

그리고 상기 진공용기(31)내의 수위가 일정 높이 이하로 떨어지면, 상기 수위측정장치(39)와 에어진공밸브제어기(60)의 작용으로 에어진공밸브(40)가 닫히게 된다. 그러면 상기 진공용기(31) 내의 공기는 배출파이프(34) 및 공기관(343)을 통해 진공라인(9')으로 배출되므로 다시 진공상태가 된다. 따라서 진공용기(31) 내의 하수는 더이상 배출되지 않고, 상기 진공용기(31)에 형성된 진공력에 의해서 하수피트(5)로부터 하수가 진공 흡입되게 된다.

이어서 도6 및 도7을 참조하여 본 발명에 따른 에어진공밸브제어기(60)의 작용을 상세히 설명한다. 먼저 도6은 에어진공밸브(40)가 폐쇄되는 경우의 에어밸브제어기(60)를 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 에어진공밸브제어기(60)는 소정의 진공관(621)을 통해 진공공급기(38)와 연결되어 있고, 소정의 로드(681)를 통해서 상기 수위측정장치(39)와 연결되어 있으며, 소정의 연결관(641)를 통해 에어진공밸브(40)의 상부 하우징(53)과 연결되어 있다.

따라서 상기 진공용기(31) 내의 수위가 낮아지면, 소정의 부구(339)와 연결된 로드(681)가 아래로 하강되므로 센서챔버(68)의 센서격막(683)이 스프링(86)의 탄성에 의해 후퇴되므로 상기 제1격벽(673)의 진공밸브구멍(685)는 센서밸브체(84)에 의해 폐쇄되게 된다. 이에 따라 상기 진공밸브구멍(685)를 통한 진공의 흐름이 존재하지 않는다. 한편, 상기 대기챔버(64)는 대기통로(643)와 니들밸브(645)를 통해서 대기연결챔버(66)와 연결되어 있으므로 상기 대기연결챔버(66)는 대기압 상태를 유지한다. 그리고 상기 차압챔버(65)는 공기구멍(665)를 통해서 상기 대기연결챔버(66)와 연결되어 있으므로 동일하게 대기압 상태를 유지한다. 이에 따라 구동격막(653)을 사이에 두고 이웃하는 차압챔버(65)와 대기챔버(64)가 모두 대기압 상태에 놓여지므로 상기 구동격막(653)은 스프링(78)의 탄성에 의해 대기챔버(64)쪽으로 전진되게 된다.

이 상태에서는 상기 구동격막(653)에 고정된 가동샤프트(76)가 전진되어 3방향밸브체(71)가 진공밸브홀(627)를 폐쇄시키는 위치이다. 따라서 전환챔버(63)는 공기밸브구멍(647)을 통해 대기챔버(64)와 연통되어 대기압하에 놓여지게 되고 연결관(631)을 통해 에어진공밸브(40)의 상부 하우징(53)으로 대기압을 공급하게 된다. 따라서 상기 에어진공밸브(40)는 스프링(55)의 탄성에 의해서 에어라인(32)을 폐쇄시키게 된다.

이어 도7은 상기 에어진공밸브(40)가 개방되는 경우의 에어밸브제어기(60)를 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, 하수피트(5)로부터 하수가 흡입되어 진공용기(31)내의 하수 수위가 상승하면, 소정의 부구(339)와 연결된 로드(681)가 위로 상승하여 센서챔버(68)의 센서격막(683)을 전진시킨다. 그러면 센서격막(683)에 고정된 센서밸브(80)가 스프링(84)의 탄성력을 이기고 전진하여 제1격벽(673)의 진공밸브통로(685)을 개방시킨다. 이에 의해 상기 진공밸브통로(685)를 통한 진공의 흐름이 형성되어 대기연결챔버(66) 및 차압챔버(65)가 진공상태로 전환된다. 이때 상기 대기압로(643)를 통해 유입되는 외부공기는 니들밸브(645)로 인해 관로가 좁은 상태이므로 유입되는 공기가 빠져나가는 공기에 비해 작으므로 상기 대기연결챔버(66)와 차압챔버(65)가 진공상태를 유지한다.

그 결과 상기 진공상태의 차압챔버(65)와 대기압 상태의 대기챔버(64) 사이에 소정의 차압이 형성되고, 이 차압에 의해서 구동격막(653)은 스프링(78)의 탄성을 이기고 차압챔버(65)쪽으로 후퇴하게 된다. 그러면 상기 구동격막(653)에 고정된 3방향밸브(70)가 차압챔버(65)쪽으로 후퇴하여 3방향밸브체(71)가 공기밸브홀(647)를 폐쇄시키게 된다. 따라서 상기 전환챔버(63)는 진공밸브홀(627)을 통해 진공챔버(62)와 연통되어 진공하에 놓이게 되므로 연결관(631)을 통해 에어진공밸브(40)의 상부 하우징(53)으로 진공을 공급하여 에어라인(32)을 개방시키게 되는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다단진공 하수수집 시스템은 하수피트와 진공펌프 사이에 하나 이상의 중간진공피트를 설치함으로써 일정 높이 이상의 정적 리프트 고(예를 들어 3.1m)를 형성하는 언덕과 구릉지대에 유효하게 적용할 수 있다.

또한 본 발명은 다단진공 하수수집 시스템에 적용할 수 있는 바람직한 형태의 중간진공피트와, 에어진공밸브를 제어하는 에어진공밸브제어기의 바람직한 형태를 제공한다.

도1은 종래 기술에 따른 진공 하수 수집시스템을 보여주는 구성도,

도2는 종래 기술에 따른 하수피트의 구조를 보여주는 구성도,

도3은 본 발명에 따른 다단진공 하수수집 시스템을 보여주는 구성도,

도4는 본 발명에 따른 중간진공피트의 구조를 보여주는 구성도,

도5는 본 발명에 따른 에어진공밸브의 구조를 보여주는 단면도,

도6 및 도7은 본 발명에 따른 에어진공밸브제어기의 구조 및 작동상태를 보여주는 단면도이다.

****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****

5 : 하수피트 7 : 진공펌프장

9 : 진공라인 11 : 흡입파이프

13 : 진공밸브 17 : 진공밸브제어기

21 : 집수탱크 23 : 진공펌프

25 : 압송펌프 30 : 중간진공피트

31 : 진공용기 32 : 에어라인

33 : 유입파이프 34 : 배출파이프

37 : 공기유입파이프 39 : 수위측정장치

40 : 에어진공밸브 60 : 에어진공밸브제어기

Claims (8)

1. 하수 발생원 근처에 소정 깊이로 설치된 하수피트와; 상기 하수피트로부터 소정 높이 이상의 수두차(정적 리프트 고)로 이격되게 설치된 진공펌프장과; 상기 하수피트의 흡입파이프와 진공펌프장의 진공탱크 사이에 연결된 진공라인상에 설치되는 하나 이상의 중간진공피트를 포함하여 구성되어, 상기 하수피트에서 흡입된 하수는 중간진공피트로 유입되고, 상기 중간진공피트로 유입된 하수는 대기와 연통된 에어라인의 개방될 때 상기 진공라인을 따라 진공펌프장의 집수탱크로 흡입되는 것을 특징으로 하는 다단진공 하수수집 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 중간진공피트는, 하수피트와 진공펌프장 사이에 설치된 진공라인과 연통되는 소정 크기의 진공용기와; 상기 하수피트로부터 흡입된 하수를 진공용기 내부로 유입시킬 수 있도록 설치된 유입파이프와; 상기 진공용기 내부의 하수를 진공펌프장쪽으로 유출시킬 수 있도록 설치된 배출파이프와; 대기와 연통된 에어라인과 연결되어 진공용기의 내부로 외부공기를 유입시킬 수 있도록 설치된 공기유입파이프와; 상기 진공용기 내부의 하수 수위를 측정할 수 있도록 설치된 수위측정장치와; 상기 공기유입파이프와 에어라인 사이에 설치되어 진공용기 내부로 유입되는 외부공기를 단속하는 에어진공밸브와; 상기 수위측정장치에 의한 측정된 진공용기 내부의 하수 수위에 대응하여 상기 에어진공밸브를 제어하는 에어진공밸브제어기를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다단진공 하수수집 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 에어진공밸브제어기는, 소정의 진공관을 통해 상기 공기유입파이프와 연결되어 항상 대기압 이하의 압력을 유지하는 진공챔버와; 소정의 관통공을 통해 외부의 공기가 자유롭게 유입되어 항상 대기압 상태를 유지하는 대기챔버와; 소정의 연결관을 통해 에어진공밸브와 연결되고 진공밸브홀이 형성된 진공격벽을 통해 이웃하는 상기 진공챔버와 구분되며 대기밸브홀이 형성된 대기격벽을 통해 이웃하는 대기챔버와 구분되고 상기 진공밸브홀과 대기밸브홀을 개폐시키는 3방향밸브에 의해 대기압 상태와 대기압 이하의 진공상태가 선택적으로 전환되는 전환챔버와; 소정의 센서관을 통해 수위측정장치와 연결되어 진공용기 내의 수위에 따라 작동되는 센서챔버와; 소정의 센서격막을 통해 이웃하는 센서챔버와 구분되고 소정의 진공통로를 통해 상기 진공챔버와 연통되어 항상 진공상태를 유지하는 진공연결챔버와; 소정의 진공밸브구멍이 형성된 제1격벽을 통해 상기 진공연결챔버와 구분되고 소정의 대기통로와 니들밸브를 통해 상기 대기챔버와 연결되어 항상 대기압 상태를 유지하되 상기 진공밸브구멍이 개방되는 경우에 대기압 이하의 진공상태로 전환되는 대기연결챔버와; 일측은 소정의 관통구멍이 형성된 제2격벽을 통해 상기 대기연결챔버와 구분되고 타측은 소정의 구동격막에 의해 상기 대기챔버와 구분되어 상기 대기챔버와의 차압에 의해서 상기 3방향밸브를 이동시키는 차압챔버를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다단진공 하수수집 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 센서밸브는 상기 센서챔버와 진공연결챔버 사이에 설치된 센서격막에 고정되어 있는 샤프트와, 상기 진공연결챔버와 대기연결챔버 사이에 설치된 제1격벽에 형성된 진공밸브구멍을 개폐시킬 수 있도록 상기 대기연결챔버 내에 위치된 밸브체와, 상기 센서격막과 제1격벽 사이에 설치되어 상기 밸브체가 진공밸브구멍을 밀폐시키는 방향으로 항상 가압하는 스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다단진공 하수수집 시스템.
5. 제3항에 있어서,

   상기 3방향밸브는 대기연결챔버와 차압챔버 사이에 설치된 제2격벽에 고정된 고정샤프트와, 상기 전환챔버에 형성된 공기밸브홀과 진공밸브홀을 선택적으로 개폐시킬 수 있도록 상기 전환챔버 내에 위치하는 3방향밸브체와, 상기 차압챔버와 대기챔버 사이의 구동격막에 고정되어 상기 3방향밸브체를 이동시키는 가동샤프트와, 제2격벽과 구동격막 사이에 설치되어 상기 3방향밸브체가 진공밸브홀을 밀폐시키는 방향으로 항상 가압하는 구동스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다단진공 하수수집 시스템.
6. 제2항에 있어서,

   상기 배출파이프에는 진공용기 내부의 하수를 배출시킬 때 하수와 공기를 효율적으로 섞어주어 기액혼상류 형태를 만들기 위한 공기관이 더 설치된 것을 특징으로 하는 다단진공 하수수집 시스템.
7. 제2항에 있어서,

   상기 유입파이프에는 진공용기 내부의 공기가 역류되는 것을 방지하는 체크밸브가 더 설치된 것을 특징으로 하는 다단진공 하수수집 시스템.
8. 제2항에 있어서,

   상기 유입파이프와 배출파이프 사이의 진공압이 균일하게 유지되도록 소정의 균압관을 더 설치하는 것을 특징으로 하는 다단진공 하수수집 시스템.